（独）物質・材料研究機構と東京大学などの研究グループは7月9日、大きさ1nm（ナノメートル、1nmは10億分の1m）という極微の歯車構造を持つ1個の分子が回転する様子を光学顕微鏡で観察することに成功したと発表した。歯車の回転を外部からかけた磁場で操作することもでき、力を発生して運動する人工分子モーターの開発につながる成果だ。
■人工分子モーター開発に道
物材機構の竹内正之グループリーダー、東大大学院応用化学の野地博行教授と池田朋宏特任研究員、自然科学研究機構分子科学研究所の飯野亮太教授らの研究グループが、これまで10nm以上の大きさの生体分子の運動を観察する手法「1分子モーションキャプチャー法」を応用、10分の1の大きさの人工分子でも観察できるようにした。
観察対象にしたのは、ダブルデッカーポルフィリン（DD）分子。内部にある2枚の板が互いに回転する構造を持っており、人工分子ベアリングとも呼ばれる。
実験ではDDの回転構造の一方を基板に結合させ、もう一方には大きさ200nmのビーズを結合させた。光学顕微鏡では光の波長と比べて極端に小さなものは見ることはできないが、観察可能な大きさのビーズを目印にすることで見られるようにした。
この結果、人工分子の歯車が90度ずつ一時的に停止しながら一定方向に回転する様子が観察できた。こうした運動はDD分子の構造から予想されていたが、今回初めて実証できた。また、ビーズの材料を磁性体にすることで、外から磁場をかけてこれらの運動を操作することもできた。
分子の一部に目印を付けて観察する手法は、DDのように小さな分子では基板とビーズの相互作用で分子の運度が妨げられるなどの難点があった。研究グループは今回、分子の回転部分と基板との化学結合法を工夫したほか、相互作用を弱められる有機溶媒中で観察するなどの方法を採用することで、これらの問題を解決した。
研究グループは、今回の成果について「マシンとしての機能を持つ最小サイズの分子の運動を検出・操作できることが示せた」としている。
左は、録画したビーズの像とその重心（ビーズの像は可視光の波長より小さいので輪郭がはっきりしない。×印が重心）、右は、動画中のビーズの重心の軌跡（提供：物質・材料研究機構）
